汽车磁流变阻尼器的结构设计Structure design of AutomobileMagneto-rheological Damper摘要磁流变阻尼器是一种以新型的智能材料磁流变体作为阻尼器的工作液，并在阻尼器的活塞轴上缠绕电磁线圈，线圈产生的磁场作用于磁流变液，通过控制电磁线圈电流的大小来改变磁流变体的粘度，达到阻尼力可调要求的装置。
磁流变阻尼器作为优秀的半主动控制器件, 具有结构简单、体积小、能耗低、响应速度快、阻尼力连续可调、易于与计算机控制相结合等优点。
目前，磁流变阻尼器已被广泛运用于各种场合的振动控制，汽车磁流变阻尼器也已被广泛研究和应用。
本文在研究了磁流变液材料的组成、磁流变液效应及其主要特征、磁流变液的主要性能的基础上，根据阻尼力的要求和机械设计基本理论，确立了磁流变阻尼器的基本结构参数尺寸及主要部件材料的选用，并以此为基础进行了磁路设计，得出了活塞的磁路结构。
在机械设计基本理论的指导下，计算得出磁流变阻尼器的结构参尺寸数，并应用AutoCAD及UG制图软件，画出汽车磁流变阻尼器的装配图，建立磁流变阻尼器的三维立体模型，分析影响磁流变阻尼器工作性能的主要因素。
【关键词】磁流变阻尼器；磁流变液；磁路设计；AutoCAD；UGAbstractMagneto-rheological damper is a damper that using a variant of magnetic flow material as the working fluid damper, and the piston axis in damper on magnetic coil winding, coils in the field of MRF, through controlling the size of the magnetic coil currents to change the viscosity of the magnetic fluid variant, damping adjustable requirements. MR damper as excellent semi-active control device, it has simple structure, small volume, low energy consumption, fast response and damping force of continuous adjustable, easy and combining computer control etc. At present, MR damper has been widely used in various occasions.The main research of the paper are that introduces MR fluid material composition, MR fluid effect and the main characteristics of MRF. According to the requirements of the damping force and the basic theory of mechanical design, to establish the basic structure size of the MR damper and main material selection of parts. To calculation the size of the structure, draw AutoCAD drawings of MR damper automobile assembly. Using UG software, establish 3d modeling of MR damper. Analysis on the main factors of MR effect.【Key words 】MR damper；Magneto-rheological(MR)fluids；magnetic circuit design；AutoCAD；UG目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)前言 (1)第一章概论 (2)1.1引言 (2)1.2 国内外研究现状 (2)1.3汽车减振器的技术简介 (4)1.4汽车磁流变阻尼器发展现状 (7)1.5研究的意义与主要内容 (9)第二章磁流变液材料及其性能 (10)2.1磁流变液的组成 (10)2.1.1磁性颗粒 (10)2.1.2基础液 (10)2.1.3添加剂 (11)2.2磁流变效应及其主要特征 (12)2.3磁流变液的主要性能 (13)2.4本章小结 (16)第三章汽车磁流变阻尼器的设计 (17)3.1阻尼器的基本结构参数尺寸选择 (17)3.2磁路设计 (17)3.2.1磁路设计步骤 (18)3.2.2磁芯材料的特性分析 (18)3.2.3磁性材料的选择 (20)3.3阻尼器零件结构参数 (23)3.4磁流变阻尼器立体建模 (27)3.5影响磁流变阻尼器工作性能的主要因素 (30)3.6本章小结 (33)第四章结论与展望 (34)4.1结论 (34)4.2工作展望 (34)参考文献 (35)谢辞 (36)前言车辆悬架系统的主要功能之一是提供支撑、有效地隔离路面引起的振动和冲击。
目前有3种车辆悬架系统:被动悬架系统，主动悬架系统和半主动悬架系统。
由被动弹簧和可调节阻尼力的主动减振器所组成的半主动悬架系统，以其价格低廉、制造工艺相对简单、减震效果较好，正逐渐成为现代汽车悬架系统的发展方向。
可调节阻尼力的主动减振器中最有代表性的磁流变减振器可以凭借磁流变阻尼器等重要组成部件根据不同路况，实行连续可调，改变阻尼刚度，总能使汽车的舒适性和操作稳定性的综合性能达到最佳，因此，对磁流变阻尼器的研究具有很大的实用意义。
磁流变阻尼器是一种以磁流变体这种新型的智能材料作为阻尼器的工作液，并在阻尼器的活塞轴上缠绕电磁线圈，线圈产生的磁场作用于磁流变液，通过控制电磁线圈电流的大小来改变磁流变体的粘度，达到阻尼力可调的装置。
它具有结构简单、体积小、能耗低、响应速度快、阻尼力连续可调、易于与计算机控制相结合等优点。
根据磁流变液在阻尼器中的受力状态和流动形式的不同，磁流变阻尼器可分为流动模式、剪切模式、挤压模式以及这三种基本模式的任意组合。
本文主要工作内容如下：(1)介绍了磁流变液材料的组成、磁流变液效应及其主要特征和磁流变液的主要性能；(2)根据阻尼力的要求和机械设计基本理论，确立了磁流变阻尼器的基本结构参数尺寸及主要部件材料的选用，并以此为基础进行了磁路设计，得出了活塞的磁路结构；(3)根据计算得出的结构参尺寸数，应用AutoCAD制图软件，画出汽车磁流变阻尼器的装配图；(4)应用UG三维建模软件，建立磁流变阻尼器的三维立体模型；(5)分析影响磁流变阻尼器工作性能的主要因素。
第一章概论1.1 引言在工程技术中，机器的振动是一种普遍存在而且正日益受到人们关注的现象。
在车辆上产生的振动，主要是由于车辆行驶中路面的不平坦，导致作用于车轮上的垂直反力(支承力)、纵向反力(牵引力和制动力)和侧向反力起伏波动，通过悬架传递到车身，从而产生振动与冲击。
这些振动与冲击会严重影响车辆的平顺性和操纵稳定性以及车辆零部件的疲劳寿命，减振性能的好坏成为车辆在市场竞争中的一个重要指标。
减振器是车辆减振的主要部件，因此，减振器的研究对车辆有着重要的意义。
磁流变液主要是由非导磁性液体和均匀分散于其中的高磁导率、低磁滞性的微小磁性颗粒组成。
其流变特性随外界磁场变化而急剧变化，在不加磁场时，它表现为牛顿流体；在外加磁场作用下，磁流变液能够在1ms内快速、可逆地由流动性良好的牛顿流体转变为高粘度、低流动性的宾汉塑性固体，具有一定的抗剪屈服应力，且其屈服应力随外界磁场的增加而增加。
磁流变液的这种力学特性使其能应用在汽车、机械、医疗等各个领域。
汽车磁流变阻尼器是利用磁流变液的流变特性和机械设计方法相结合而设计开发的新型阻尼器。
这种阻尼器的力学特性可由外加磁场连续控制。
为了开发这种磁流变阻尼器，本文将磁流变液的力学特性和机械设计的方法结合起来，进行了磁流变阻尼器的磁路设计和结构设计。
1.2 国内外研究现状磁流变液(Magneto-rheological Fluid，简称MRF)最早是由美国国家标准局发明和研制的。
由于与在电场作用下同样可以产生流变效果的电流变液相比，MRF 存在悬浮稳定性差，应用装置磁路设计复杂的缺点，磁流变液在20世纪80年代中期之前没得到应有的关注。
从20世纪80年代中后期开始，由于流变后的电流变液的剪切屈服强度太低(仅有几千帕)的“瓶颈”始终无法突破，磁流变液的研究才真正得到开展在随后的几十年里，磁流变液及其相关的装置的研究取得了惊人的进展，不仅研制成功了剪切屈服强度可达100 kPa、性能稳定的磁流变液，而且相关应用也扩展到了阀门、密封、自动化仪表、传感器、研磨(抛光)及车辆、机械和设备减振等领域。
特别是磁流变液阻尼器，因其具有能耗低、出力大、响应速度快、结构简单、阻尼力连续顺逆可调，并可方便地与微机控制结合等优良特点，已经成为新一代高性能和智能化的减振装置，并已经得到了初步的应用，展现出良好的应用前景。
进入20世纪90年代，磁流变液的研究重新焕发了生机，特别是自1995年起，两年一届的国际电流变液会议也易名为国际电流变液与磁流变液会议，促进了磁流变液的研究和开发。
美国Lord材料公司的研究人员在磁流变液及应用研究方面取得了突出成果，如Carson等人对磁流变器件进行了研究，并申请了磁流变阻尼器及减振器、制动器等的多项专利，该公司研究出的产品性能卓越，其应用也非常广泛，如图1.1所示。
（a）磁流变阻尼器（b）磁流变制动器（c）触觉型反馈装置（d）车辆控制系统产品（e）磁流变设备控制器图1.1 Lord公司生产的磁流变产品美国David等人研究了用于重型卡车的磁流变阻尼器的性能；美国Exxon 工程研究公司的Rosensweig等人研究了磁流变液的静态屈服应力；Laun等人研究了磁流变液的剪切流动；法国Nice大学Cutillas和Bossis等人对磁流变液的物理机制进行了分析。
美国德尔福公司推出了磁流变液减振器(Delphi MagneRide)，其中指出，在磁流变液(MR)的半主动悬架系统中，磁流变液(MR流体)这种悬浮体在零磁场条件下呈现出低粘度的流体特性，而在强磁场作用下，呈现了高粘度、低流动性的特性，磁流变液属可控流体，是瞬间的、可逆的，而且其磁流变后的剪切强度和磁场强度具有稳定的对应关系。